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2005 届优秀毕业论文[设计]集(第五册理学院)
Collection Graduation Theses (Projects) of SZU 2005 (VOLUME V School of Science)


水合肼还原法制备钴纳米棒及其表征

(理学院材料科学与工程系材料科学与工程专业张丽玲)
(学号:2001143018)

摘要:以表面活性剂聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为软模板,采用水合肼做还原剂还原钴盐
制备出钴纳米棒,通过XRD﹑XPS﹑TEM等分析手段对其结构和形貌进行了表征。发现:这种方法
制备出来的纳米钴棒长度为3~4µm,棒直径约为70~100nm,晶相,说明在制备
过程中没有被氧化。同时通过热性能综合仪对其热性能进行了表征。
关键词:水合肼;聚乙烯吡咯烷酮;钴纳米棒;磁性
教师点评:张丽玲同学在做毕业论文期间,较为系统查阅了利用水合肼做还原剂制备纳米材
料的相关文献,提出了基本的实验方案,在实验过程中刻苦努力,独立思考,工作量大,取得了
较好的实验结果。利用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为软模板,采用水合肼做还原剂还原钴盐制备出
长度为 3~4µm, 直径约为 70~100nm 的钴纳米棒,通过 XRD﹑XPS﹑TEM 等分析手段对其结
构和形貌进行了表征。上述工作为采用水合肼做还原剂制备 Co 纳米棒探索了一条新路。(点评
教师:汤皎宁,教授)

第一章绪论
1. 引言
自20世纪80年代发现纳米铜具有许多优秀的性能以来,在全世界开始了研究纳米尺度材料和
器件的高潮。纳米粒子(又称团簇、超微粒、超小粒子、量子点)一般是指尺寸在1~100nm之
间的粒子,它的尺度大于原子簇而小于通常的微粉,一般只能在高倍的电子显微镜下进行观察。
从通常的关于微观和宏观的观点看,这样的系统既非典型的微观系统亦非典型的宏观系统,是一
种典型的介观系统。日本名古屋大学上田良二给纳米粒子下了一个定义:用电子显微镜能看到的
粒子为纳米粒子[1]。科学实验证实,金属纳米粒子由于包含的原子个数比较少,导致费米能级
附近的电子能级出现离散现象,即量子尺寸效应[2-3],同时金属纳米粒子还具有小尺寸效应、表
面效应、宏观量子隧道效应、介电效应、库仑堵塞与量子遂穿效应等。这些效应使得金属纳米粒
子呈现出与块体非常明显不同的电学性质、磁学性质、力学性质、光学性质、热学性质和结构性
质等[4-8]。
1. 1 量子尺寸效应
所谓量子尺寸效应是指粒子尺寸下降到某一值时,费米能级附近的电子能级由准连续能级变
为分立能级的现象,称为量子尺寸效应。
小尺寸效应
当纳米粒子的尺寸相当于或小于光波的波长、传导电子的德布罗意波长及超导态的相干长度
或透射浓度等物理尺寸相当或更小时,周期性的边界条件将被破坏,内压、光吸收、热阻、化学
活性、催化性及熔点等较普通的粒子发生很大的变化,这就是纳米粒子的小尺寸效应。
表面效应
表面与界面效应是指纳米粒子表面原子与总原子数之比随着纳米粒子尺寸的减少而大幅度
增加,从而引起纳米粒子性质的变化。纳米粒子的表面原子所处的晶体场环境及结构能与内部的
原子有所不同,存在许多悬空键,并具有不饱和性质,因而极易与其它原子相结合而键定下来,
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张丽玲:水合肼还原法制备钴纳米棒及其表征
故具有很大的化学活性。
宏观量子隧道效应
微观粒子具有贯穿势垒的能力称为隧道效应。近年来,人们发现一些宏观量,例如微粒的磁
化强度、量子相干器件中的磁通量亦即电荷等具有隧道效应,它们可以穿越宏观系统的势垒而产
生变化,故称为宏观的量子隧道效应。
介电效应
纳米微粒分散在异质介质中由于界面引起的体系介电增强的现象,这种介电增强通常称为介
电局限,主要来源于微粒表面和内部局域强的增强。当介质的折射率比微粒的折射率相差很大时,
产生了折射率边界,这就导致微粒表面和内部的场强比入射场强明显增加,这种局域强的增强称
为介电限域。一般来说,过渡族金属氧化物和半导体微粒都可以产生介电限域效应。
库仑堵塞效应
库仑堵塞效应是20世纪80年代介观领域所发现的极其重要的物理现象之一。当体系的尺度进
入纳米级,体系是电荷“量子化”的,即充电和放电的过程是不连续的,充入一个电子所需要的
能量Ec为e2/2C,e为一个电子的电荷,C为小体系的电容,体系越小,C越小,能量Ec越大,这
个能量被称之为库仑堵塞能。换句话说,库仑堵塞能是前一个电子对后一个电子的库仑排斥能,
这就导致了对一个小体系的充放电过程,电子不能集体传输,而是一个一个单电子的传输。通常,
把小体系的这种单